Proprietà meccaniche del bambù

Quali sono le proprietà meccaniche del bambù? Questa è probabilmente una delle domande più frequenti poste da architetti, ingegneri e costruttori interessati a utilizzare il bambù come materiale da costruzione. Le proprietà del legno, dell'acciaio, del calcestruzzo e persino dei prodotti semilavorati in bambù, come pavimenti e pannelli di bambù, sono note da tempo, ma non quelle delle canne di bambù. Ma non quelle delle canne di bambù.
"Le proprietà di resistenza del bambù sono spesso da due a tre volte superiori a quelle del legno convenzionale. Tuttavia, le incertezze legali relative alle norme e agli standard edilizi rendono difficile l'utilizzo delle canne di bambù come materiale da costruzione in Europa".

Bambù è un nome collettivo per oltre 1.575 specie vegetali diverse appartenenti alla famiglia delle graminacee (Gramineae). Ciascuna di queste specie di bambù ha proprietà strutturali e meccaniche diverse, proprio come le specie di legno convenzionali come il teak, la quercia, ecc. Inoltre, le proprietà meccaniche della stessa specie di bambù possono variare notevolmente. Queste differenze sono dovute all'età del tronco di bambù, al contenuto di umidità, alle condizioni di crescita (clima, altitudine, condizioni del suolo) e alla parte del tronco di bambù su cui vengono eseguiti i test.

Poiché le specie di bambù più adatte alla costruzione provengono da Paesi tropicali, è spesso difficile determinare le esatte condizioni di crescita e ottenere un buon materiale di prova. Di conseguenza, studi diversi portano spesso a conclusioni diverse, il che significa che il comportamento del materiale in determinate situazioni non è ancora del tutto certo.

Perché

le proprietà meccaniche sono così importanti?

In Europa non esiste ancora una standardizzazione (Eurocodice) per le canne di bambù come materiale da costruzione. La mancanza di tali norme per il bambù rende difficile la vita di chi vuole costruire con questo materiale, per cui c'è un urgente bisogno di regole e standard chiari.

I test già effettuati sulla resistenza alla compressione, alla trazione e alla flessione del bambù sono promettenti e in genere mostrano risultati molto migliori rispetto ai materiali da costruzione convenzionali. Tuttavia, prima di poter stabilire un codice edilizio legale per i pali di bambù come materiale da costruzione, è necessario studiare altri fattori.

L'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO)

Nel 2004, l'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) ha creato un proprio standard per determinare le proprietà meccaniche del bambù. La norma ISO 22157 non cita solo la flessione, la compressione, la tensione e il taglio come proprietà importanti, ma anche il contenuto di umidità è un parametro rilevante.

In questo articolo presentiamo alcuni risultati di test provenienti da diverse fonti e da diversi tipi di bambù. È importante notare che non tutti i test sono stati eseguiti secondo la norma ISO 22157, ma forniscono un buon quadro generale. Per la specie di bambù Guadua angustifolia, meglio conosciuta come il bambù più forte del mondo, i test sono stati eseguiti in Colombia secondo la norma ISO 22157. I risultati sono riportati di seguito.

Per il resto, rimandiamo alle tabelle contenenti le informazioni sui test. Le tabelle si trovano nel file PDF che accompagna questo blog.

Bambù

Resistenza alla trazione

Strisce di bambù

La resistenza massima alla trazione del bambù viene determinata testando le fibre (strisce di bambù) piuttosto che l'intero stelo di bambù. Come per la resistenza alla compressione, la norma ISO 22157 fornisce linee guida per la resistenza alla trazione parallela alla direzione delle venature, ma non per la resistenza alla trazione perpendicolare alla direzione delle venature.

Campioni

Per misurare la resistenza alla trazione del bambù, vengono testati tre campioni per ogni tronco di bambù, prelevati dalla parte inferiore, media e superiore del tronco. Ogni striscia di bambù è lunga 100 mm, larga da 10 a 20 mm e di spessore pari al fusto del bambù.

il nodo

Ogni campione deve contenere un nodo perché la direzione della grana del nodo è opposta a quella del gambo. Pertanto, il nodo è considerato il punto più debole sotto carico di trazione (per le prove di resistenza alla compressione è il contrario). Il contenuto di umidità di ciascuno di questi campioni deve essere determinato in conformità alla norma ISO 22157.

Conclusione

La resistenza media a trazione delle diverse specie di bambù è, per la maggior parte, di 160 N/mm2. Si tratta di un valore da tre a quattro volte superiore alla resistenza alla trazione della maggior parte delle specie legnose commerciali.

Bambù

Resistenza alla flessione

La flessione di una canna di bambù influisce direttamente sul comportamento della struttura costruita. È quindi necessario essere in grado di prevedere la flessione di ogni elemento di una struttura prima di utilizzarla. Il metodo più comune per determinare la deflessione di una trave o di una colonna è la prova di deflessione su quattro punti. Per questo motivo, la norma ISO 22157 propone questa prova per determinare la resistenza alla flessione di un tronco di bambù.

Bambù

Resistenza alla flessione del bambù Guadua

La prova di flessione su quattro punti prevista dalla norma ISO 22157 è stata eseguita presso l'Università di Los Andes in Colombia. La prova di flessione è stata eseguita sugli stessi tronchi di bambù delle prove di resistenza alla compressione e al taglio.

La prova di flessione a quattro punti è stata utilizzata per determinare il modulo di elasticità e, naturalmente, la resistenza alla flessione. I risultati di questa prova sono riportati nella tabella seguente.

Il modulo di elasticità della Guadua angustifolia è più alto nella parte inferiore e centrale del tronco, quando il tronco ha 4-5 anni. Non è così per la parte superiore del tronco, dove il modulo di elasticità più alto si ottiene quando il tronco ha 3 o 4 anni, proprio come quando il modulo di elasticità viene determinato nella prova di compressione.

Inoltre, la resistenza alla flessione del tronco di bambù non è la stessa per le tre parti, con la parte superiore del tronco di bambù che ha una resistenza alla flessione maggiore rispetto alla parte inferiore. La resistenza alla flessione aumenta con l'altezza del tronco. La resistenza alla flessione della Guadua angustifolia è di circa 100 N/mm2.

Bambù

Sforzo di taglio

La massima sollecitazione di taglio che una canna di bambù può sopportare è importante per lo sviluppo di sistemi di giunzione. Anche in questo caso, la norma ISO 22157 fornisce linee guida per la sollecitazione di taglio parallela alla direzione delle fibre, ma non per la sollecitazione di taglio perpendicolare alla direzione delle fibre.

Come per i test precedenti, per ogni tronco di bambù vengono testati tre campioni nelle parti inferiore, centrale e superiore del tronco. La differenza tra questa prova e i campioni della prova di compressione è che la metà dei campioni di questa prova deve contenere un nodo.

Prima dell'inizio della prova, il provino viene misurato in dettaglio. L'altezza del provino e lo spessore del tronco vengono misurati nelle quattro zone in cui si verificano le forze di taglio. Questo è importante perché il fusto del bambù non ha lo stesso spessore ovunque e il campione potrebbe non essere perfettamente dritto.

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